“探究功與物體速度變化關(guān)系”的教學(xué)設(shè)計

根據(jù)《新課標(biāo)》的要求，高中物理課程應(yīng)“促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，讓學(xué)生積極參與、樂于探索、勇于實(shí)驗(yàn)、勤于思考。”可見，探究式學(xué)習(xí)不僅是新課標(biāo)的重要組成部分，還是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的途徑。目前我國的基礎(chǔ)教育中，以教師為中心的灌輸式學(xué)習(xí)方式與以學(xué)生為中心的探究式學(xué)習(xí)方式使用比例嚴(yán)重失調(diào)，致使學(xué)生創(chuàng)新和實(shí)踐的意識和能力未得到很好的培養(yǎng)。筆者于2007年3月14日有幸在臺州市普通高中新課程物理（2）培訓(xùn)會議中上了一節(jié)示范課“探究功與物體速度變化的關(guān)系”，進(jìn)行了探究式教學(xué)嘗試，收到了很好的效果。在此向各位同仁介紹筆者的主要教學(xué)過程，旨在和大家一起探討。

教學(xué)過程

1 新課引入

教師引導(dǎo)學(xué)生從方法上復(fù)習(xí)舊知：前幾節(jié)課中，我們研究了重力做功與重力勢能的關(guān)系，從而確立了重力勢能的表達(dá)式；類似地，探究彈力做功與彈性勢能的關(guān)系，從而確立彈性勢能的表達(dá)式。那么，如何確立動能的表達(dá)式呢？

2 新課教學(xué)

2.1 由“玩彈弓”所想到的

回憶童年的樂趣，教師演示“玩彈弓”（學(xué)生興趣一下子被調(diào)動起來，課堂氣氛十分濃烈）。引導(dǎo)學(xué)生思考：橡皮筋伸長，產(chǎn)生彈力，在形變恢復(fù)的過程中，對小石子做了功；另一方面，小石子離開弓獲得速度。請猜想：小石子離開彈弓的速度與哪些因素有關(guān)？（讓學(xué)生根據(jù)已有的生活經(jīng)驗(yàn)，小組討論，盡量多地回答，如橡皮筋的拉長量、勁度系數(shù)、小石子的質(zhì)量、空氣阻力…）

概括學(xué)生的回答，提出本節(jié)課的課題——探究功與物體速度變化的關(guān)系。

進(jìn)一步提問：如何測定橡皮筋恢復(fù)形變過程對小石子做的功？（本節(jié)課教學(xué)的難點(diǎn)，讓學(xué)生在思考討論中解決難點(diǎn)，初步形成實(shí)驗(yàn)方案。）橡皮筋的彈力是變力，變力做功很難計算，若將若干條規(guī)格相同的橡皮筋并聯(lián)，每次拉伸相同的長度，易得到倍數(shù)的功。

2.2 實(shí)驗(yàn)方案的確定

讓學(xué)生相互討論，逐步形成課本的設(shè)計方案，并指出實(shí)驗(yàn)器材有：長木板（有墊木）、小車、電火花打點(diǎn)計時器、紙帶若干、橡皮筋若干…

多媒體投影預(yù)習(xí)思考題（學(xué)生積極回答，老師肯定學(xué)生的正確之處，科學(xué)地進(jìn)行評價。）

（1）探究過程中，我們是否需要測出橡皮筋做功的具體數(shù)值？

（2）每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋拉伸的長度有什么要求？

（3）小車獲得的速度怎樣計算？

（4）你能找出表格一、表格二中y與x的函數(shù)關(guān)系嗎？

（其中第4題是數(shù)據(jù)處理題，也是本節(jié)課的教學(xué)難點(diǎn)，讓學(xué)生在坐標(biāo)紙上運(yùn)用圖象法找出y與x的關(guān)系。采用先行組織教學(xué)策略，暗示著本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)可能會用到圖象轉(zhuǎn)換法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)而突破教學(xué)難點(diǎn)。）

2.3 分組實(shí)驗(yàn)

四人一組，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，操作中注意以下幾個問題。

（1）小車在木板上運(yùn)動時會受到阻力，可以采用什么方法進(jìn)行補(bǔ)償？

（2）紙帶上的點(diǎn)距并不都是均勻的，應(yīng)該采用那些點(diǎn)距來計算小車的速度？為什么？

（3）根據(jù)測出的數(shù)據(jù)，怎樣預(yù)測功與速度的關(guān)系？用圖象法研究功與速度的關(guān)系時怎樣使研究過程簡便直觀？

在實(shí)驗(yàn)過程中，教師巡視指導(dǎo)——個別性問題個別指導(dǎo)；共同性問題集體指導(dǎo)。

2.4 成果交流與評價

指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格，并投影部分學(xué)生設(shè)計的表格，讓學(xué)生評價各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

投影展示某組學(xué)生自行設(shè)計的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格。

通過對表格中彈力做功W和小車獲得的速度v的關(guān)系討論，只能得到“彈力做功越多，小車獲得的速度越大”的結(jié)論。

若作出功——速度曲線，可更直觀反映它們的關(guān)系。

投影展示某組學(xué)生作出的功——速度曲線。



教師強(qiáng)調(diào)作圖的注意事項(xiàng)：坐標(biāo)軸的選取、比例的選定、畫圖時用平滑的曲線連接等。

由于W和v的關(guān)系圖線不是一條直線，因此橡皮筋對小車做的功與小車獲得的速度關(guān)系不是正比例關(guān)系。由圖線中可以看到它們到底是哪一種關(guān)系？（由數(shù)學(xué)知識知：W是v的冪函數(shù)）

猜測可能是：W∝v2、W∝v3

方法一：可以計算出相對應(yīng)速度的值，判斷與哪一種更接近。

方法二：作出W-v2、W-v3圖線。（方便又直觀）

投影展示某組學(xué)生自行設(shè)計的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格。（在原表格上添加了一項(xiàng)）

（讓學(xué)生表述：力對物體做功與物體速度平方的變化成正比。）

3 歸納與拓展

3.1 歸納“探究力對物體做功和速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)方案

①功的測量

位移相同，力不同橡皮筋法

力相同，位移不同重力法

②速度測量打點(diǎn)計時器光電門

由上面分析，組合得到四種實(shí)驗(yàn)方案：“橡皮筋法+打點(diǎn)記時器”、“橡皮筋法+光電門”、“重力法+打點(diǎn)記時器”、“重力法+光電門”。

（引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)，互相補(bǔ)充完善。）

3.2 拓展：借助Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理

（課本18頁“做一做”，激學(xué)生強(qiáng)烈的求知欲望，有效地將課內(nèi)延伸到課外。）（注：圖在文后）

課后體會

本案例是一個探究式學(xué)習(xí)的課堂教學(xué)設(shè)計，整個設(shè)計貫穿學(xué)生自主構(gòu)建知識這一主線，抓住了探究式學(xué)習(xí)的本質(zhì)和核心，充分調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，通過本次探究式教學(xué)嘗試，主要有以下兩點(diǎn)體會：1.教學(xué)前應(yīng)激發(fā)學(xué)生的探究欲望，引發(fā)其認(rèn)知沖突；2.活動中，應(yīng)讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探究的過程，領(lǐng)悟科學(xué)研究的方法。

(欄目編輯趙保鋼)

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文。